Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical study on control strategy of a single cell proton conducting solid oxide fuel cell

Szczęśniak Arkadiusz

Journal of Power Technologies

|

2022

|

Vol. 102, nr 4

175--182

EN

The aim of the paper is to examine a control strategy for a single proton conducting solid oxide fuel cell (H+SOFC). The study is based on a dynamic model originating from the steady state reduced order model of H+SOFC. The proposed control strategy is based on a singular PID controller that controls the amount of air delivered to the cathode side of the fuel cell. Additionally, fuel mass flow is correlated with current density to achieve a fixed fuel utilization factor. The concept was tested on typical operating scenarios such as load-follow mode. The study revealed that the singular PID controller is reliable and ensures a safe H+SOFC operation.

2

Use of Synthesis Gas as Fuel for a Solid Oxide Fuel Cell

Alvarez-Cedillo Jesus A., Alvarez-Sanchez Teodoro, Sandoval-Gomez Raul J., Gonzalez-Vasquez Alexis, Sarabia-Alonso Teresa

Journal of Ecological Engineering

|

2022

|

Vol. 23, nr 10

35--41

EN

There is a real need to use various efficient energy supply systems that are not aggressive towards the global environment. Hydrogen has been seen in different research papers presented in the literature as an essential fuel to generate energy in various energy storage systems. As it is well-known, it is possible to generate renewable electricity using electrolysis. The hydrogen produced can be sold as fuel for various systems, most notably its use in solid oxide fuel cells and a host of modern applications today. Current low-temperature fuel cells are ideal for hydrogen operation, but are not suitable for hydrogen mixtures. In this article, a mathematical analysis was carried out to generate electrical energy in a fuel cell, fed with synthesis gas from the residual biomass gasification process; the primary interest was the generation of electrical energy, solid oxide fuel cell (SOFC), which operate at the temperature of the gas at the outlet of the gasifier were analyzed. The practical efficiency obtained and the theoretical results of the SOFC operation were shown.

3

Dual Pore Cathode Materials for Solid Oxide Fuel Cells

Mosiałek M., Zimowska M., Kharitonov D., Górski M., Krzan M., Komenda A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 3

1217--1221

EN

In this work, we developed the lanthanum strontium cobalt ferrite and it’s composite with yttrium iron cobaltite (mass ratio of 1:1) cathodes as a thin layer on Ce0.8Sm0.2O1.9 electrolyte. Two kinds of electrode pastes were prepared, with and without 6 mm polystyrene beads as an additional pore former. The performance of cathode materials was investigated by electrochemical impedance spectroscopy as a function of electrode morphology, oxygen partial pressure, potential, and temperature. The polarization resistance of the more porous electrodes was lower than those electrodes prepared without additional pore former in the whole potential range at 800°C, slightly lower at 700°C and 600°C. The addition of yttrium iron cobaltite decreased the performance of both types of cathodes. The lower polarization resistance of porous cathodes is due to the facilitated gas diffusion through their structure.

4

Sensitivity analysis of main parameters of pressurized SOFC hybrid system

Kupecki Jakub

Journal of Power Technologies

|

2019

|

Vol. 99, nr 2

115--122

EN

The paper presents a sensitivity analysis of a pressurized SOFC–HS system. The systems are divided into two groups: atmospheric and pressurized. The main parameter of such systems are indicated and commented. The comparison of various configurations is shown in a view of efficiency obtained. The ultra high efficiency (65% HHV, 72% LHV) of electricity production seems to be possible by systems like these.

5

Real Time Thermal Imaging of Solid Oxide Fuel Cell

Jasiński M., Ziewiec K., Wojciechowska M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 4

1207--1212

EN

In this work, a mid infrared thermography was used to study thermal behavior of solid oxide fuel cell (SOFC) with a circular shape and a diameter of 90 mm. The emissivity of the anodic surface of the fuel cell was determined to be from 0.95 to 0.46 in the temperature range 550-1200 K and the profile and temperature distribution of the anodic surface of the unloaded cell was given. The surface temperature of the cell was determined during operation and the polarity changes from open circuit voltage (OCV) to 0.0 V. It was found that the cell self-heating effect decreases with increasing temperature of the cell.

6

Effects of gas velocity on formation of carbon deposits on AS-SOFC fuel electrodes

Motylinski K., Skrzypkiewicz M., Naumovich Y., Wierzbicki M., Kupecki J.

Journal of Power Technologies

|

2018

|

Vol. 98, nr 4

322--328

EN

The elevated operating temperatures of solid oxide fuel cells (SOFC) create favorable kinetics for the oxidation of carboncontaining gas mixtures, which may include carbon monoxide and light organic compounds. The presence of carbon-based components in the fuel might result in the formation and deposition of soot on the surface of the anode in a fuel cell. This process depends on and is driven by the prevailing thermodynamic, kinetic and electrochemical conditions. The present study was premised on the following: in addition to the aforementioned parameters providing for the operating conditions, gas velocity also affects the formation of deposits on the anode. The role of fuel gas velocity in the process was studied experimentally using 5 cm x 5 cm anode supported solid oxide fuel cells (AS-SOFC) at 750°C at velocities in the range 0.1 to 0.9 m/s. It was found that carbon deposition was clearly observable approximately 24 hours after the necessary conditions were attained. An intense stage of performance degradation typically lasts for a period of up to 60 hours. An increase in fuel flow velocity leads to an acceleration in the carbon deposition process. The correlation between velocity and cell degradation due to this phenomenon was determined and the corresponding function was proposed.

7

Direct carbon, integrated gasification, and deposited carbon solid oxide fuel cells: a patent-based review of technological status

Skrzypkiewicz M., Obrębowski S.

Journal of Power Technologies

|

2018

|

Vol. 98, nr 1

139--160

EN

This review presents three directions in solid oxide fuel cell (SOFC) technology development involving solid-state carbon in some stage of the fuel-to-electricity conversion process: direct carbon (DC-SOFC), integrated gasification (IG-SOFC) and deposited carbon (rechargeable SOFC). Recent achievements of science and technology were studied in order to identify the most widely developed concepts. In addition, the review contains a statistical approach to published patents and articles, naming the people and institutions active in the field. Simultaneous development of all three technologies could bring synergies and contributed to a major breakthrough in the efficiency of coal-fired power plants.

8

Protective-conducting spinel coatings applied in IT-SOFC interconnects

Brylewski T., Bobruk M., Gil A.

Ochrona przed Korozją

|

2017

|

nr 5

136--140

EN

The aim of the presented study was to deposit a protective-conducting Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 coating on the E-Brite ferritic steel by means of electrophoresis and to evaluate its physicochemical properties. The structure and morphology of the powder, sinter, and the steel/coating layered system, and the electrical conductivity of both the sinter and the coating on the steel after oxidation were investigated by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy combined with energydispersive spectroscopy (SEM-EDS), and the two-probe dc method. The obtained spinel exhibited a two-phase composition and high electrical conductivity, while the coating it formed was compact and adhered well to the metallic substrate; moreover, the measured ASR of the steel/ coating system was significantly lower than the level acceptable for interconnect materials. The conducted research confirmed the suitability of the Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 spinel as a coating on the E-Brite ferritic steel to be applied in the production of interconnects used in intermediatetemperature SOFCs.

PL

Celem niniejszej pracy jest otrzymanie oraz badania właściwości fizykochemicznych powłoki ochronno-przewodzacej Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 naniesionej na stal ferrytyczną E-Brite przy użyciu metody elektroforetycznej. Strukturę oraz morfologię proszku, spieku oraz układu warstwowego stal/powłoka, a także przewodnictwo elektryczne zarówno spieku, jak i powłoki na stali po utlenianiu badano przy pomocy dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM-EDS) oraz stałoprądowej metody dwusondowej. Uzyskany spinel wykazuje skład dwufazowy oraz wysokie przewodnictwo elektryczne, zaś uzyskana z niego powłoka jest zwarta i dobrze przylega do podłoża metalicznego, a ponadto wartość zmierzonej rezystancji układu stal/powłoka jest zdecydowanie niższa od dopuszczalnego poziomu ASR dla materiałów interkonektorowych. Na podstawie tych badań potwierdzono przydatność spinelu Mn1.45Co1.45Dy0.1O4 na powłoki do modyfikacji powierzchniowej stali ferrytycznej E-Brite z przeznaczeniem na interkonektory do ogniw paliwowych typu IT-SOFC.

9

Analiza zjawisk zachodzących podczas elektrochemicznej redukcji tlenu na granicy faz punktowa katoda tlrnkowa I02I elektrolit stałotlenkowy

Dudek M., Raźniak A., Lis B., Rapacz-Kmita A., Gajek M., Ziąbka M., Śliwa K., Adamczyk B.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 2

107--114

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki badań elektrochemicznych procesu redukcji tlenu w układach O2│LSM│20GDC, O2│LSCF│20GDC i O2│LSM│8YSZ, O2│LSCF│8YSZ, gdzie 8YSZ - 8% mol. Y2O3 w ZrO2, 20GDC - Ce0,8Gd0,2O1,9, LSM - (La0,80Sr0,20)0,95MnO3-δ, LSCF - (La0,60Sr0,40)0,95Co0,20Fe0,80O3-δ. W badaniach chronoamperometrycznych oraz przeprowadzonych metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej użyto elektrod wykonanych w kształcie piramidy z katod LSM, LSCF. Pomiary wykonano w temperaturze 700 °C w powietrzu. Na podstawie zarejestrowanych zależności prąd(I)-czas(t) podczas katodowej polaryzacji nadnapięciem \DeltaE = -0,5 V dla wszystkich badanych układów stwierdzono wzrost wielkości prądu pod wpływem polaryzacji katodowej. Obserwacje obszaru bezpośredniego kontaktu stożkowej elektrody LSCF lub LSM z powierzchnią elektrolitu 20GDC wskazują na pojawiające się trwałej zmiany struktury powierzchni elektrolitu ceramicznego, powstające wyłącznie podczas pracy układu pod obciążeniem. Jakościowe porównanie widm impedancyjnych układów O2│LSM│20GDC, O2│LSCF│20GDC i O2│LSM│8YSZ, O2│LSCF│8YSZ, otrzymanych dla katod niespolaryzowanych (\DeltaE = 0 V) oraz spolaryzowanych (\DeltaE = -0,5 V) wskazuje na zmniejszanie się oporności omowej Rs oraz polaryzacyjnej Rp w wyniku pracy układu pod obciążeniem. Na podstawie badań elektrochemicznych wykonanych dla układu O2│LSCF│20GDC z użyciem stożkowych czy porowatych katod LSCF w analogicznych warunkach pomiarowych, stwierdzono w obu przypadkach wzrost natężenia prądu w czasie. Otrzymane wyniki wskazują na potencjalne możliwości wykorzystania opracowywanej metodyki badań z ceramicznymi elektrodami punktowymi jako uzupełniającej do klasycznej metody z elektrodami porowatymi. Analiza zjawisk, zachodzących na granicy faz O2│katoda│ceramiczny elektrolit tlenkowy, jest łatwiejsza niż w przypadku elektrod porowatych, ze względu na zredukowany obszar zachodzenia reakcji elektrochemicznej.

EN

The paper presents the results of electrochemical studies on oxygen reduction in the O2│LSM│20GDC, O2│LSCF│20GDC, and O2│LSM│8YSZ, O2│LSCF│8YSZ systems, where 8YSZ- 8 mol% Y2O3 w ZrO2, 20GDC - Ce0.8Gd0.2O1.9, LSM - (La0.80Sr0.20)0.95MnO3-δ, LSCF - (La0.60Sr0.40)0.95Co0.20Fe0.80O3-δ. In electromechanical impedance spectroscopy, electrodes made of LSM, LSCF cathodes were used in chronoamperometric and electrochemical impedance spectroscopy. Measurements were made at 700 °C in air. On the basis of the registered current (I)–time (t) dependencies, during the cathode polarisation with \DeltaE = -0.5 V overvoltage, an increase of the cathodic polarisation current was observed for all tested systems. Observations of the area of "the direct contact of the conical LSCF or LSM electrode" with the surface of the 20GDC electrolyte indicate permanent changes in the structure of the electrolyte ceramic surface arising only during the operation of the system under load. A qualitative comparison of impedance spectra O2│LSM│20GDC, O2│LSCF│20GDC, and O2│LSM│8YSZ, O2│LSCF│8YSZ obtained for non-polarised cathodes (\DeltaE = 0 V) and polarized ones (\DeltaE = -0.5 V) indicates a decrease of the Ohmic resistance Rs and polarisation resistance Rp as a result of the operation of the system under load. Based on the electrochemical tests performed for O2│LSCF│20GDC system using conical or porous LSCF cathodes under analogous measurement conditions, an increase in current over time was found in both cases. The results show the potential for using the developed research methodology with ceramic point electrodes as a supplement to the classical porous electrode method. Analysis of phenomena occurring at the O2│cathode│ceramic oxide electrolyte phase boundary is easier than in the case of porous electrodes because of the reduced area of the electrochemical reaction.

10

Supporting effect of silver on BSCF cathodes for SOFC

Kędra A., Mosiałek M., Krzan M., Tatko M., Zimowska M., Bielańska E., Czerlunczakiewicz E.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 1

70--75

EN

Cathode materials for solid oxide fuel cells should show good catalytic activity in the oxygen reduction reaction (ORR), high electronic and ionic conductivities at relatively low temperature, and the thermal expansion coefficients (TECs) compatible with the electrolyte. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3–δ (BSCF) shows one of the greatest catalytic activity in ORR which occurs on the overall surface of the electrode. Oxygen vacancies in BSCF permit to transport a significant amount of oxygen ions. Nevertheless, BSCF revealed its high TEC and low electrical conductivity. Some properties of the electrode can be improved by adding a second phase to the BSCF electrode. Silver shows the greatest electronic conductivity among metals; it is cheap and has excellent catalytic activity in the ORR. Moreover, the presence of Ag in the composite cathode increases the electronic conductivity of the cathode and reduces the area specific resistance (ASR). The goal of this work is to make comparison among properties of the BSCF cathode, the Ag cathode, the cathode with silver interlayer between BSCF and electrolyte (Ag|BSCF), and the Ag|BSCF cathode with the additional silver layer on the top of the cathode (Ag|BSCF|Ag). The cathodes were prepared on the Ce0.8Sm0.2O1.9 electrolyte disks and tested using scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical impedance spectroscopy. SEM examinations of the obtained electrodes revealed consistent with the goal, well connected, porous 3D structures. The contact was significantly better in case of the composite electrodes. Equivalent electrical circuits were used for fitting impedance spectra. The circuits consisted of a resistor R0 and three (or two) resistors and capacitors parallel connected in pairs (Ri, Ci) and combined in series. The fitting errors were smaller than 0.7% in all cases. The m and α coefficients were received from Arrhenius plots of ASR and the fitting, and indicated that the charge transfer was the rate-determining step for the Ag|BSCF|Ag electrode, whereas for the BSCF and Ag|BSCF electrodes it was the oxygen ions transport through the BSCF. Activation energies of ASR for the BSCF, Ag, Ag|BSCF and Ag|BSCF|Ag cathodes were similar, yielding the values of 55.1 kJ∙mol-1, 47.7 kJ∙mol-1 , 47.7 kJ∙mol-1 and 37.9 kJ∙mol-1, respectively.

PL

Materiały katodowe stosowane w ogniwach paliwowych z elektrolitem ze stałego tlenku powinny charakteryzować się dobrą aktywnością katalityczną w reakcji redukcji tlenu (ang. oxygen reduction reaction, ORR), wysokim przewodnictwem elektronowym i jonowym w relatywnie niskich temperaturach, a także współczynnikiem rozszerzalności termicznej kompatybilnym z elektrolitem. Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3–δ (BSCF) jest jednym z najlepszych katalizatorów ORR. Wysokie przewodnictwo jonowe anionów tlenkowych BSCF zawdzięcza obecności dużej ilości wakancji tlenowych. Niemniej jednak BSCF charakteryzuje się wysokim współczynnikiem rozszerzalności termicznej oraz niskim przewodnictwem elektronowym. Tworzenie katod kompozytowych z domieszkowaniem odpowiednich materiałów może doprowadzić do polepszenia właściwości elektrody wykonanej z BSCF. Doskonałym materiałem do tworzenia kompozytów z BSCF jest srebro. Srebro jest nie tylko tanim materiałem o wysokiej aktywności katalitycznej w ORR, ale przede wszystkim charakteryzuje się najwyższym wśród metali przewodnictwem elektronowym. Zjawisko „płynięcia” srebra pod wpływem wysokich temperatur przyczynia się do polepszenia kontaktu między elektrodą a elektrolitem, co jest niezbędne do zwiększenia przewodnictwa elektronowego katody oraz obniżenia wartości oporu polaryzacyjnego. Celem niniejszej pracy jest porównanie jednoskładnikowych elektrod wykonanych z BSCF oraz srebra z elektrodą kompozytową Ag|BSCF, w której na warstwę srebra nałożono warstwę BSCF oraz z elektrodą Ag|BSCF|Ag z dodatkową warstwą srebra na powierzchni. Elektrody wykonano na elektrolicie w postaci dysku wykonanego z Ce0,8Sm0,2O1,9. Otrzymane kompozyty scharakteryzowano metodami skaningowej mikroskopii elektronowej i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Zdjęcia z mikroskopu elektronowego potwierdziły otrzymanie porowatych, trójwymiarowych struktur. W celu dopasowania widm impedancyjnych zastosowano zastępcze obwody elektryczne, składające się z połączonych szeregowo rezystora R0 i trzech (lub dwóch) połączonych równolegle par rezystorów i kondensatorów (Ri, Ci). Błędy dopasowań w każdym przypadku nie przekraczały 0,7%. Wartości współczynników m oraz α, otrzymane z równania Arrheniusa oraz dopasowań, wskazują, że dla katody Ag|BSCF|Ag etap przenoszenia ładunku limituje szybkość reakcji, podczas gdy dla elektrod BSCF i Ag|BSCF etapem limitującym jest transport jonów tlenkowych poprzez BSCF. Energia aktywacji dla oporu polaryzacyjnego elektrod BSCF, Ag, Ag|BSCF i Ag|BSCF|Ag jest zbliżona i wynosi odpowiednio 55,1 kJ∙mol-1, 47,7 kJ∙mol-1 , 47,7 kJ∙mol-1 i 37,9 kJ∙mol-1.

11

Some observations on the synthesis and electrolytic properties of (Ba1-xCax)(M0.9Y0.1)O-3, M = Ce, Zr-based samples modified with calcium

Dudek M., Lis B., Rapacz-Kmita A., Gajek M., Raźniak A., Drozdz E.

Materials Science Poland

|

2016

|

Vol. 34, No. 1

101--114

EN

In this paper, the impact of partial substitution of calcium for barium in (Ba1-xCax)(M0.9Y0.1)O3, M = Ce, Zr on physicochemical properties of the powders and sintered samples was investigated. The powders, with various contents of calcium (x = 0, 0.02, 0.05, 0.1), were prepared by means of thermal decomposition of organometallic precursors containing EDTA. All of the BaCeO3-based powders synthesised at 1100 degrees C were monophasic with a rhombohedral structure, however, completely cubic BaZrO3-based solid solutions were obtained at 1200 degrees C. A study of the sinterability of BaZr0.9Y0.1O3 and BaCe0.9Y 0.1O3-based pellets was performed under non-isothermal conditions within a temperature range of 25 to 1200 degrees C. The partial substitution of barium for calcium in the (Ba1-xCax)(M0.9Y0.1)O-3, M = Ce, Zr solid solution improved the sinterability of the samples in comparison to the initial BaCe0.9Y 0.1O3 or BaZr0.9Y 0.1 O3. The relative density of calcium-modified BaCe0.9Y 0.1O3-based samples reached approximately 95 to 97 % after sintering at 1500 degrees C for 2 h in air. The same level of relative density was achieved after sintering calcium-modified BaZr0.9Y 0.1O3-at 1600 degrees C for 2 h. Analysis of the electrical conductivity from both series of investigated materials showed that the highest ionic conductivity, in air and wet 5 % H2 in Ar, was attained for the compositions of x = 0.02 to 0.05 (Ba1-xCax)(M0.9Y0.1)O3, M = Zr, Ce. The oxygen reduction reaction on the interface Pt vertical bar BaM0.9Y 0.1O3, M = Ce, Zr was investigated using Pt microelectrodes. Selected samples of (Ba1-xCax)(M0.9Y0.1)O3, M = Zr, Ce were tested as ceramic electrolytes in hydrogen-oxygen solid oxide fuel cells operating at temperatures of 700 to 850 degrees C.

12

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ composite cathode for solid oxide fuel cell

Mosiałek M., Kędra A., Krzan M., Bielańska E., Tatko M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 3

1483--1488

EN

Composite cathodes contain Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ were tested in different configuration for achieving cathode of area specific resistance lower than Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ cathodes. Electrodes were screen printed on samaria-doped ceria electrolyte half-discs and tested in the three electrode setup by the electrochemical impedance spectroscopy. Microstructure was observed by scanning electron microscopy. The lowest area specific resistance 0.46 and 2.77 Ω cm-2 at 700 °C and 600 °C respectively revealed composite cathode contain Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ and La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-σ in 1:1 weight ratio. The area specific resistance of this cathode is characterized by the lowest activation energy among tested cathodes.

13

Structural and Transportation Properties of Strontium Titanate Composites with Ion Conductive Oxides

Bochentyn B

Acta Energetica

|

2016

|

nr 2

20--27

EN

This paper has been written based on the author’s doctoral dissertation “Structural and transportation properties of strontium and titanate composites with ion conductive oxides”, prepared under the supervision of Prof. Dr. Hab. Eng. Bogusław Kusz at the Department of Solid State Physics of Gdańsk University of Technology. It reports the idea of the thesis and conclusions from the study. Niobium doped strontium titanate (Sr(Ti,Nb)O3) composites with selected ion conductive oxides (yttrium oxide-stabilized zirconium oxide YSZ and cerium oxide CeO2) were developed for the dissertation and their properties examined.. It was shown that Sr(Ti,Nb)O3-YSZ composite as the anode in an oxide fuel cell leads to its improved performance compared to a cell with a singlephase Sr(Ti,Nb)O3 anode. Microscopic observation confirmed that Sr(Ti,Nb)O3-YSZ composite as the functional layer between a Sr(Ti,Nb)O3 anode and YSZ electrolyte mitigates the problem of the composite anode’s delamination from the electrolyte surface. It was also shown that an appropriate modification of the Sr(Ti,Nb)O3-YSZ composite anode surface structure by infusing the process of hydrogen’s electrochemical oxidation with a catalyst (e.g. with nickel) can lead to further improvement of the fuel cell performance.

PL

Artykuł napisano na podstawie rozprawy doktorskiej autorki pt. „Właściwości strukturalne i transportowe kompozytów tytanianu strontu z tlenkami przewodzącymi jonowo”, przygotowaną pod nadzorem prof. dr. hab. inż. Bogusława Kusza w Katedrze Fizyki Ciała Stałego Politechniki Gdańskiej. Prezentuje on ideę pracy doktorskiej oraz wnioski wynikające z przeprowadzonych badań. W pracy doktorskiej wytworzono i zbadano właściwości kompozytów tytanianu strontu domieszkowanego niobem (Sr(Ti,Nb)O3) z wybranymi tlenkami przewodzącymi jonowo (tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru – YSZ, tlenek ceru – CeO2). Wykazano, że zastosowanie kompozytu Sr(Ti,Nb)O3-YSZ jako anody prowadzi do poprawy parametrów pracy tlenkowego ogniwa paliwowego w stosunku do ogniwa z anodą 1-fazową Sr(Ti,Nb)O3. Obserwacje mikroskopowe potwierdziły, że zastosowanie kompozytu Sr(Ti,Nb)O3-YSZ jako warstwy funkcjonalnej między anodą Sr(Ti,Nb)O3 i elektrolitem YSZ ogranicza problem delaminacji anody kompozytowej z powierzchni elektrolitu. Wykazano również, że odpowiednia modyfikacja struktury powierzchniowej anody kompozytowej Sr(Ti,Nb)O3-YSZ poprzez nasączanie katalizatorami procesu elektrochemicznego utleniania wodoru (np. niklem) może prowadzić do dalszej poprawy parametrów pracy ogniwa paliwowego.

14

Influence of yttrium on the physicochemical properties of the Fe-25Cr ferritic steel for IT-SOFC interconnects

Brylewski T., Gil A., Dąbek J.

Ochrona przed Korozją

|

2015

|

nr 11

410--415

EN

The study investigates the influence of yttrium ion implantation on the heat resistance and electrical conductivity of the Fe-25- Cr ferritic steel used as a material for interconnects applied in intermediate-temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs). The oxidation kinetics of the Fe-25Cr steel, both unmodified and modified, were determined during 200 hrs of observation under isothermal conditions in air and the Ar/H2/H2O and Ar/CH4/H2O gas mixtures at 1073K. A significant improvement in corrosion resistance was observed after surface modification. XRD and SEM-EDS investigations showed that a protective scale composed mainly of Cr2O3 had formed. The yttrium-implanted steel exhibited the lowest area-specific resistance (ASR), which did not exceed the level acceptable for IT-SOFC interconnect materials (0.1 Ω⋅cm2), unlike the ASR of the unmodified steel.

PL

W pracy zbadano wpływ implantowanego jonowo itru na żaroodporność i przewodnictwo elektryczne stali ferrytycznej Fe-25Cr, stosowanej na interkonektory do ogniw paliwowych IT-SOFC. Wyznaczono kinetykę utleniania w warunkach izotermicznych (1073 K, 200 godz.) dla materiału wyjściowego oraz modyfikowanego w środowisku powietrza oraz w mieszaninach gazów: Ar/H2/H2O i Ar/CH4/H2O. Stwierdzono, że stal modyfikowana za pomocą implantacji jonowej charakteryzuje się wyższą odpornością na korozję. Badania XRD i SEM-EDS wykazały, że ochronna zgorzelina w zasadniczej części zbudowana była z Cr2O3. Stal implantowana itrem, w przeciwieństwie do niemodyfikowanej, posiadała niższą powierzchniową rezystancją elektryczną ASR od wartości dopuszczalnej (0,1 Ω⋅cm2) dla materiałów przeznaczonych na IT-SOFC interkonektory.

15

Zastosowanie metody elementów skończonych w badaniach interkonektorów metalicznych do stałotlenkowych ogniw paliwowych w wybranych układach geometrycznych

Stygar M., Kruk A., Brylewski T.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 1

45--48

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji przeprowadzonych z zastosowaniem metody elementów skończonych na trójwymiarowym modelu elementu roboczego ogniwa paliwowego typu SOFC. Analizy podstawowych własności fizycznych dokonano na układzie geometrycznym typu MOLB oraz w układzie planarnym. Przyjęto materiały odzwierciedlające stałotlenkowe ogniwo paliwowe IT-SOFC. W badaniach skoncentrowano się na określeniu wpływu zużycia interkonektora metalicznego na stopień turbulentności przepływu mediów gazowych.

EN

The paper presents the results of simulations carried out by using the finite element method for the three-dimensional model of a working element of SOFC. The basic physical properties of particular geometric arrangements were analysed based on MOLB-type and planar-type cell stacks. The investigated materials were modelled after an intermediate-temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFCs). The study was focused on determining the impact of the interconnect’s wear level on turbulence, affecting the flow of gaseous media.

16

Zagadnienia modelowania matematycznego tlenkowych ogniw paliwowych

Milewski J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2013

|

z. 250

3--195

PL

Zagadnienia związane z modelowaniem tlenkowych ogniw paliwowych nie doczekały się jeszcze w języku polskim dostępnych opracowań książkowych. Wiedza o nich jest rozproszona, a zwarte wydawnictwa angielskojęzyczne bardzo szczegółowe. W celu usystematyzowania wiedzy, zdecydowano się w tej pracy na przedstawienie wybranych aspektów w podręcznikowy sposób (dwa pierwsze rozdziały). W rozdziale pierwszym, przedstawiono ogólne informacje o budowie, rodzajach i zastosowaniach ogniw paliowych. Szerzej przybliżono historię rozwoju ogniw oraz nakreślono perspektywę ich zastosowań w ramach modnego obecnie kierunku rozwoju energetyki zwanego energetyką rozproszoną lub pro-konsumencką, a kończąc na omówieniem wybranych problemów konstrukcyjnych tlenkowych ogniw paliwowych (SOFC), które dalej pozostają podstawowym obiektem rozważań. W drugim rozdziale zatytułowanym „Podstawy termodynamiczne” omówiono podstawowe dla ogniw paliwowych pojęcia i wielkości. Omówiono równanie stanu czynnika roboczego. Zdefiniowano dla ogniwa paliwowego pojęcie pracy maksymalnej oraz maksymalnego napięcia oraz maksymalnej mocy. Encyklopedycznie omówiono kinetykę reakcji chemicznych oraz zjawiska dyfuzji w zakresie istotnym dla zjawisk zachodzących w tlenkowych ogniwach paliwowych. Trzeci rozdział pracy poświęcony jest omówieniu klasycznego modelu matematycznego ogniwa, którego najistotniejszą cechą jest konieczność wykorzystania zależności empirycznych opartych o dane doświadczalne. Ogranicza to w znaczny sposób możliwości wykorzystania klasycznego podejścia do modelowania poza zakresem dostępnych danych doświadczalnych, co zostało zobrazowane poprzez porównanie wyników obliczeń modelowych z wynikami pomiarów. Nowy model sposób modelowania tlenkowych ogniw paliwowych przedstawiono w rozdziale czwartym. Utworzono go przy założeniu, aby zminimalizować liczbę potrzebnych charakterystyk doświadczalnych, a wykorzystać przede wszystkim równania opisujące zachodzące w ogniwie zjawiska termodynamiczne, chemiczne i elektryczne. Rozdział piąty pracy poświęcony jest dyskusji nowego podejścia do modelowania, w którym przedstawiono wyniki walidacji modelu oraz przykłady zastosowań do optymalizacji zarówno parametrów konstrukcyjnych jak i eksploatacyjnych. Podjęto próbę także analizy parametrycznej ogniwa oraz rozwinięcia modelu od modelu zero do jednowymiarowego. Zupełnie inny model ogniwa zawiera rozdział szósty, opary o aproksymację danych pomiarowych przy pomocy sztucznych sieci neuronowych, gdzie ogniwo traktowane jest jako czarna skrzynka o rejestrowanych wejściach i wyjściach. Zaprezentowano także model nazwany hybrydowym, w którym do zmniejszenia liczby wejść wykorzystano znane zależności analityczne. Przestawiono wyniki analizy skuteczność algorytmów uczenia sieci. W rozdziale siódmym w oparciu o różniczkowe równanie bilansu masy oraz energii przedstawiono zagadnienia modelowania procesów nieustalonych, jakie mogą zachodzić w ogniwie, w tym takie jak zmiana obciążenia, rozruch, odstawienie wybrane stany awaryjne. W rozdziale ósmym przedstawiono wyniki uzyskane dla modelowania układów hybrydowych. Z pracą ogniwa paliwowego w układzie energetycznym związana była także praca doktorska autora, dlatego też w rozdziale tym omówione zagadnienia zostały zmarginalizowane do niezbędnego minimum i główną uwagę skupiono na zagadnieniach nieporuszanych w wcześniej, tj. dotyczących poszukiwania optymalnego sterowania pracą układu hybrydowego z ogniwem paliwowym. Literatura tematu w przeważającej większości jest anglojęzyczna, często zatem napotyka się na trudności w tłumaczeniu niektórych bardzo często występujących zwrotów na język polski, np. „current collector”, „steam reforming”, „carbon deposition”, „manifold”, „housing” i in. Z tego też powodu zdecydowano się na nietłumaczenie źródłowych rysunków i wykresów anglojęzycznych, a w celu ujednolicenia pracy, własne rysunki i wykresy także przedstawiono w wersji anglojęzycznej. Autor z góry przeprasza za wszelkiego rodzaju niejednoznaczności pojawiające się w teksie pracy wynikające z pojęć trudno tłumaczalnych na język polski.

EN

The modeling of Solid Oxide Fuel Cells has yet to receive due coverage in Polish language books. Knowledge is dispersed and compact English-language publishing very detailed. In order to systematize the scientific knowledge available, it was decided in this study to present certain aspects in a handbook format (the first two chapters). Chapter three features a discussion of the classical mathematical model of the SOFC, which uses empirical relationships based on experimental data. This severely reduces the possibility of applying the approach to modeling fuel cell parameters that lie outside the available experimental data, as is illustrated by comparing the results of model calculations of the measurement results. A new model of a solid oxide fuel cell is presented in chapter four. The model was created with the minimum number of necessary factors and based mainly on equations describing the phenomena occurring in the fuel cell: thermodynamic, chemical and electrical properties. The validation of the model and examples of applications (both design point and off-design operation) are shown in chapter five. Chapter six shows the use of artificial neural networks in SOFC behavior modeling, whereas chapter seven shows transient modeling issues that may occur in SOFC, including load change, start-up, shutdown and selected emergency scenarios. Operation of the SOFC in the hybrid system is presented in chapter eight, but as the author’s doctoral dissertation was on closely-related issues, this chapter discusses them in passing with the main attention being on issues not covered previously, such as the search for an optimum hybrid system to control fuel cell operation.

17

Physicochemical and mechanical properties of Crofer 22 APU ferritic steel applied in SOFC interconnects

Stygar M., Kurtyka P., Brylewski T., Tejchman W., Staśko R.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2013

|

Vol. 39, no. 2

s. 47--57

EN

The paper presents the results of investigations of the physicochemical and mechanical properties of the Crofer 22 APU steel designed for application in metallic interconnects forming the key components of solid oxide fuel cells (SOFCs). Microstructural and hardness studies of non-metallic inclusions and the matrix were carried out. Based on compression tests of raw Crofer 22 APU and the steel after 600 hrs of cyclic oxidation in air at 800°C, the composition of non-metallic inclusions and their influence on the strength properties of the steel were determined.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości fizyko-chemicznych i mechanicznych stali Crofer 22 APU dedykowanego do zastosowań na interkonektory metaliczne będących kluczowym elementem ogniw paliwowych SOFC. Przeprowadzono badania mikrostruktury oraz twardości wydzieleń niemetalicznych i osnowy. Na podstawie testów ściskania stali wyjściowej oraz stali poddanej cyklicznemu utlenianiu przez 600 h w powietrzu w 800°C określono skład wytrąceń niemetalicznych oraz wykazano ich wpływ na parametry wytrzymałościowe stali.

18

Ogniwa paliwowe zasilane wodorem produkowanym z biomasy

Szubel M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska

|

2012

|

z. 59, nr 2/II/II

755--762

PL

W referacie przedstawiono charakterystykę pracy wysokotemperaturowych ogniw stałotlenkowych SOFC, zasilanych paliwem wodorowym. Analiza osiąganych w badanych typach ogniw parametrów pracy poprzedzona została omówieniem stosowanych technik pozyskiwania energii z biomasy oraz charakterystyką rozwiązań technologicznych w dziedzinie ogniw paliwowych. W pracy krótko omówiono różne możliwości wykorzystania paliwa biomasowego w sektorze energetycznym.

EN

The paper presents the operating characteristics of high temperature solid oxide fuel cells, powered by hydrogen. Results of analyses on studied fuel cell parameters was preceded by a discussion of techniques of obtaining energy from biomass and characteristics of different fuel cells types.

19

Przegląd metod modelowania numerycznego mikrorurowych stałotlenkowych stosów ogniw paliwowych

Pianko-Oprych P., Jaworski Z.

Przemysł Chemiczny

|

2012

|

T. 91, nr 9

1813-1815

PL

Przedstawiono przegląd metod modelowania numerycznego mikrorurowych stałotlenkowych stosów ogniw paliwowych. Omówiono główne cechy stosowanych technik integracji różnych metod modelowania ogniw paliwowych. Stwierdzono, że modelowanie numeryczne pozwala na lepsze zrozumienie złożonych zjawisk transportu, jakie przebiegają w ogniwach paliwowych, a uzyskane wyniki badań numerycznych mogą stanowić wytyczne przy podejmowaniu decyzji o wyborze konstrukcji ogniwa i kontroli warunków pracy układów wyposażonych w stałotlenkowe mikrorurowe ogniwa paliwowe.

EN

A review with 34 refs.

20

Modelowanie reaktora CPOX dla systemu wysokotemperaturowego ogniwa paliw

Miklis T.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2012

|

R. 16, nr 2

62-64

PL

Reaktory CPOX pozwalają na stosowanie obecnie dostępnych paliw (gaz naturalny, diesel, dodekan) do napędzania wysokotemperaturowych ogniw paliwowych. Celem badań było stworzenie miarodajnego i szybkiego modelu takiego reaktora. Do obliczeń równowagi reakcji chemicznych zastosowano toolbox Cantera w środowisku MATLAB. Przeprowadzone symulacje wyznaczyły opty-malną koncentrację powietrza i paliwa doprowadzanego do reaktora. Odpowiednio dobrane parametry pozwoliły na maksymalizację wytwarzanego wodoru, który wykorzystywany jest do napędzania ogniwa paliwowego.

EN

CPOX reactors allow the usage of currently available fuels (natural gas, diesel, dodecane) to power solid oxide fuel cells. The aim of this research was to develop a reliable and fast model of such reactor. MATLAB’s Cantera toolbox was used for the chemical equilibrium calculations. The simulations set the optimum concentration of air and fuel supplied to the reactor. Properly selected parameters maximized the hydrogen yield used to power the fuel cell.